天然氣貿(mào)易交接用DN80口徑的超聲流量計(jì)與渦輪流量計(jì)對比分析

傅 喆，李 麗，郭 瑩，郭文龍，陳 碩

1中國石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司，河北，廊坊2中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北，廊坊

1.引言

天然氣的精確計(jì)量能保證與下游用戶進(jìn)行公平公正的交易，有效地管理天然氣的供給和消費(fèi)，最大限度地降低輸差，避免監(jiān)測的爭端，提高服務(wù)質(zhì)量。即時(shí)準(zhǔn)確地獲得計(jì)量數(shù)據(jù)和信息變得越來越重要，它有助于各個(gè)地區(qū)公司優(yōu)化管線運(yùn)營，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，對市場變化做出快速反應(yīng)。

目前，中石油新建的長輸管道貿(mào)易交接設(shè)備一般為超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)。筆者對DN80口徑超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的性能進(jìn)行了對比分析。

2.DN80口徑超聲流量計(jì)與渦輪流量計(jì)對比分析

2.1.工作原理

超聲流量計(jì)按測量原理，有傳播速度差法和多普勒法2種形式。在精度方面，只有傳播速度差法流量計(jì)準(zhǔn)確度等級可達(dá)0.5級，能滿足氣體交接計(jì)量的要求。目前長輸天然氣計(jì)量中使用的超聲流量計(jì)貿(mào)易交接均采用傳播速度差法超聲流量計(jì)。超聲流量計(jì)由超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能力，以一定的方式發(fā)射并穿過被測流體，接收器接收到超聲波信號，供顯示計(jì)算儀顯示和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)流量的檢測顯示。渦輪流量計(jì)(圖1)利用氣體推動流量計(jì)渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪旋轉(zhuǎn)的速度與流體體積流量成正比，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用磁敏傳感器從同步轉(zhuǎn)動的渦輪上感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號，經(jīng)運(yùn)算處理得出體積流量。渦輪流量計(jì)的測量精度高，準(zhǔn)確度等級可達(dá)0.5級；量程一般為1:10。其結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，對前后直管段要求較低，可用于中、高壓計(jì)量。

2.2.誤差

根據(jù)《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》GB/T18603－2014中規(guī)定，設(shè)計(jì)輸量(5000~50000Nm3/h)計(jì)量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級B級，即單表誤差為1%[1]。DN80口徑的超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)誤差大致在這個(gè)區(qū)間。DN80口徑的超聲流量計(jì)與渦輪流量計(jì)的誤差均可滿足國標(biāo)和中石油CDP 文件要求[2]。

2.3.流通能力與拐點(diǎn)流量

超聲流量計(jì)的流通能力與相對口徑的管線大致相同。渦輪流量計(jì)有一定的壓降，DN80口徑渦輪流量計(jì)的壓降約為0.0020 MPa，對工藝計(jì)算及輸送可忽略。但同口徑的超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的最大流通能力相差較大，因?yàn)?種流量計(jì)的允許流速不同，根據(jù)CDP 的要求，超聲流量計(jì)的最大流速為20m/s，渦輪流量計(jì)為12 m/s，忽略微小壓降的前提下，同口徑、同壓力的渦輪流量計(jì)其拐點(diǎn)位置也相差較大。以壓力等級CL600、口徑為DN80的超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)為例。在相同口徑下超聲流量計(jì)最大流通能力大于渦輪流量計(jì)，但同口徑渦輪流量計(jì)由于檢測渦輪尺寸大小不同，流通能力有3種級別。由于流通能力的差異，超聲流量計(jì)不能完全代替同為DN80口徑的渦輪流量計(jì)，渦輪流量計(jì)單表誤差從工況流量40 m3/h 開始就能滿足單表0.5%誤差，但超聲流量計(jì)在工況流量64m3/h 以上才能滿足單表0.5%誤差。

2.4.檢定

業(yè)主如需對超聲流量計(jì)進(jìn)行在線檢驗(yàn)，在使用初期向檢定部門提出申請，經(jīng)檢定部門同意后，即可在使用中檢驗(yàn)，并在每年檢驗(yàn)，送檢時(shí)間可由2 年延長至6年。渦輪流量計(jì)是無法通過聲速核查檢驗(yàn)的，只能通過標(biāo)定車和送檢的方式檢定。

2.5.直管段長度

根據(jù)《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》GB/T18603－2001中規(guī)定，渦輪流量計(jì)的直管段長度為前5D后2D，超聲流量計(jì)的直管段長度為前10D后3D[1]。中石油CDP《輸氣管道計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》(CDP-G-GP-IS-003-2009/B)中規(guī)定，渦輪流量計(jì)的直管段長度為前10D后5D[2]，超聲流量計(jì)的直管段長度為前30D后5D。中石油的項(xiàng)目要遵循CDP 關(guān)于直管段的要求設(shè)置長度。使用DN80口徑超聲流量計(jì)直管段要比DN80 口徑渦輪流量計(jì)長1600 mm。在改造站場或征地緊張的站場，渦輪流量計(jì)直管段在長度上具有一定優(yōu)勢。

Figure 1.The workingprinciple of turbineflowmeter 圖1.渦輪流量計(jì)工作原理圖

2.6.經(jīng)濟(jì)性

渦輪流量計(jì)的價(jià)格僅為超聲流量計(jì)的1/2左右(同為一線進(jìn)口品牌)，但渦輪流量計(jì)的后期維護(hù)量要遠(yuǎn)大于超聲流量計(jì)。渦輪流量計(jì)的可動部件多，啟動時(shí)必須遵循嚴(yán)格的操作程序，經(jīng)常會發(fā)生在管道第1次通氣時(shí)流量計(jì)被打壞的現(xiàn)象，從而不得不更換渦輪及內(nèi)部部件，更換費(fèi)用大約2~3萬元左右(以進(jìn)口設(shè)備為例)。在等待更換及更換期間流量計(jì)已無備用，影響管道的正常運(yùn)營，從而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.7.對比表

DN80 口徑的超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的各項(xiàng)性能參數(shù)對比表格如表1所示。

Table1.The parameter comparison between the turbineand ultrasonicflowmeters 表1.超聲、渦輪流量計(jì)參數(shù)對比表

3.結(jié)語

天然氣計(jì)量系統(tǒng)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用決定了天然氣計(jì)量的成本，采用先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)、正確地選型是降低經(jīng)營成本的重要途徑。在天然氣小口徑流量計(jì)設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)充分考慮項(xiàng)目的實(shí)際情況，包括項(xiàng)目類型、投資、自然環(huán)境、氣質(zhì)狀況、運(yùn)維條件、檢定方案等各項(xiàng)影響因素，根據(jù)不同的項(xiàng)目特點(diǎn)提出最佳的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到最優(yōu)的性效比。